สัดส่วนโบรอนผลึก 99.9% ในเป้าหมายโลหะผสมสปัตเตอร์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์

สัดส่วนโบรอนผลึก 99.9% ในเป้าหมายโลหะผสมสปัตเตอร์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์

เศษส่วนโบรอนผลึก 99.9% ใช้เป็นวัตถุดิบในสถานะของแข็งสำหรับเป้าหมายโลหะผสม แตกต่างจากผงโบรอนอสัณฐาน โบรอนผลึกมีโครงสร้างที่เป็นระเบียบ ระดับสิ่งเจือปนต่ำกว่า และมีเสถียรภาพทางความร้อนที่เหนือกว่า หน้าที่หลักของมันมีดังต่อไปนี้:

1. แหล่งสารเจือปนชนิด P สำหรับการควบคุมความเข้มข้นของพาหะอย่างแม่นยำ

โบรอนผลึกเป็นธาตุในหมู่ III ทำหน้าที่เป็นสารเจือปนชนิด P ในฟิล์มบางของซิลิคอน ออกไซด์ และโลหะผสมเซมิคอนดักเตอร์ ในระหว่างกระบวนการสปัตเตอริง โบรอนผลึกจะตกตะกอนร่วมกับโลหะผสมเข้าไปในโครงผลึกของฟิล์ม มันสามารถแทนที่อะตอมของโครงผลึกหลักและนำพาประจุบวก (โฮล) เพื่อให้ได้สภาพนำไฟฟ้าชนิด P ความเข้มข้นของตัวนำสามารถปรับได้อย่างต่อเนื่อง (ภายในช่วง 10¹⁸–10²¹ cm⁻³) โดยการปรับปริมาณโบรอนผลึกในเป้าหมาย ซึ่งจะเพิ่มสภาพนำไฟฟ้าของฟิล์มได้ถึงสองเท่าตัว ในขณะที่ยังคงควบคุมความต้านทานได้ โครงสร้างผลึกที่เสถียรช่วยลดการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของการเจือปน เมื่อเทียบกับโบรอนอสัณฐาน มันช่วยลดเฟสของสิ่งเจือปนและข้อบกพร่องระหว่างอะตอม ส่งผลให้ความสม่ำเสมอของการเจือปนดีขึ้น

2. การควบคุมความหนาแน่นของการเผาผนึกและโครงสร้างจุลภาคของเป้าหมายเพื่อกระบวนการสปัตเตอร์ที่เสถียร

ด้วยจุดหลอมเหลวสูงถึง 2076°C และเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม อนุภาคโบรอนผลึกจึงทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบในการเผาผนึกและสารปรับขนาดเกรนในระหว่างขั้นตอนการอัดร้อนหรือการเผาผนึกในสุญญากาศในการผลิตชิ้นงานเป้าหมาย รูปทรงผลึกที่สม่ำเสมอและปริมาณสิ่งเจือปนออกซิเจนต่ำของโบรอนผลึกช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของเกรนที่ผิดปกติในเมทริกซ์ของชิ้นงานเป้าหมาย ลดรูพรุน ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มทั้งความหนาแน่นและความแข็งแรงดัดงอของชิ้นงานเป้าหมาย นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่เสถียรของโบรอนผลึกช่วยลดการแตกร้าวจากความร้อนและการกัดเซาะเฉพาะจุด (การหลุดร่อน) ในระหว่างการสปัตเตอร์ด้วยพลังงานสูง ซึ่งช่วยปรับปรุงเสถียรภาพของการปล่อยประจุ ลดข้อบกพร่องของอนุภาคในระหว่างกระบวนการ และเพิ่มผลผลิตของฟิล์มบางบนเวเฟอร์ ในทางตรงกันข้าม โบรอนอสัณฐานมีระดับออกซิเจนที่ดูดซับบนพื้นผิวและข้อบกพร่องสูงกว่า ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดเฟสสิ่งเจือปนในระหว่างการเผาผนึก ในขณะที่โบรอนผลึก 99.9% สามารถจำกัดการนำสิ่งเจือปนออกซิเจนเข้ามาได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. การก่อตัวของเฟสโบริดที่มีคุณสมบัติเชิงฟังก์ชัน ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งและคุณสมบัติในการกั้นให้กับฟิล์ม

ภายใต้กระบวนการสปัตเตอริงแบบปฏิกิริยาหรือการสปัตเตอริงโดยตรงจากเป้าหมายโลหะผสม อะตอมของโบรอนที่ปลดปล่อยออกมาจากโบรอนผลึกสามารถทำปฏิกิริยา *ในแหล่งกำเนิด* กับโลหะต่างๆ เช่น Ti, Mo, Al และ Mg เพื่อสร้างโลหะโบริด (เช่น TiB₂, MoB₂, AlMgB₁₄) ฟิล์มโบริดเหล่านี้มีความแข็งสูงและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเป็นตัวกั้นการแพร่ของโลหะและหน้ากากกัดเซาะแข็งในงานเซมิคอนดักเตอร์ ฟิล์มเหล่านี้จะปิดกั้นการแพร่ของอะตอมโลหะ (เช่น Cu) เข้าสู่พื้นผิวซิลิคอน จึงช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของอุปกรณ์ ในขณะเดียวกัน ความแข็งสูงของฟิล์มยังช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดเซาะด้วยพลาสมา ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการปิดบังที่เข้มงวดของกระบวนการผลิตขั้นสูง

4. การปรับเปลี่ยนพื้นผิวฟิล์มเพื่อเพิ่มการยึดเกาะและปรับความเค้นของฟิล์ม

เมื่ออะตอมโบรอนผลึกถูกตกตะกอนลงบนพื้นผิวของวัสดุรองรับ พวกมันจะก่อตัวเป็นชั้นเปลี่ยนผ่านโบรอนบางๆ ซึ่งช่วยปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวกับวัสดุรองรับ Si หรือ SiO₂ ปริมาณโบรอนที่เหมาะสมช่วยให้สามารถปรับความเค้นภายในฟิล์ม ลดความเค้นอัดหรือแรงดึงสูงที่มักพบในฟิล์มโลหะบริสุทธิ์ และลดความเสี่ยงของการบิดเบี้ยวหรือการหลุดลอก นอกจากนี้ ระดับสิ่งเจือปนต่ำของโบรอนผลึกยังช่วยลดสารปนเปื้อนที่พื้นผิว เช่น คาร์บอนและออกซิเจน ส่งผลให้ความหนาแน่นของสถานะที่พื้นผิวลดลงและลดกระแสรั่วไหลของอุปกรณ์

5. การเตรียมฟิล์มฟังก์ชันเฉพาะทาง: ฟิล์มตรวจจับนิวตรอนและฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบพลังงานกว้าง

โบรอนผลึกที่มีความบริสุทธิ์สูงนั้นอุดมไปด้วยไอโซโทป ¹⁰B ตามธรรมชาติ ฟิล์มโบรอนที่ได้จากการสปัตเตอร์ถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์ตรวจจับนิวตรอนแบบเซมิคอนดักเตอร์ โดยอะตอมของโบรอนจะจับนิวตรอนเพื่อสร้างอนุภาคอัลฟา ซึ่งจะกระตุ้นคู่ของอิเล็กตรอนและโฮลภายในเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณนิวตรอนได้ นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้ยังสามารถใช้ในการผลิตฟิล์มเซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างพลังงานกว้าง เช่น BP และ h-BN ซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบตั้งต้นสำหรับอุปกรณ์สองมิติและชั้นไดอิเล็กทริก

6. การยับยั้งการแยกส่วนของเป้าหมายเพื่อให้มั่นใจได้ว่าองค์ประกอบของฟิล์มมีความสม่ำเสมอ

อนุภาคโบรอนผลึกมีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรและทนต่อการออกซิเดชันและการรวมตัวกัน ดังนั้นจึงมีการกระจายตัวที่ดีกว่าโบรอนอสัณฐานในระหว่างขั้นตอนการผสมผงและการเผาผนึกในการผลิตเป้าหมายโลหะผสม โบรอนผลึกมีแนวโน้มที่จะเกิดการสะสมตัวหรือการแยกตัวในบริเวณเฉพาะน้อยกว่า ส่งผลให้ความแปรปรวนขององค์ประกอบเป้าหมายระหว่างแต่ละชุดการผลิตน้อยที่สุด ในระหว่างการผลิตแบบสปัตเตอร์อย่างต่อเนื่อง ปริมาณโบรอนและพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าของฟิล์มแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการทำซ้ำที่ดีเยี่ยม ซึ่งตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความเสถียรของหน้าต่างกระบวนการในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์จำนวนมาก